リニアアクチュエータは、円運動を直線運動に変換できる自立型構造システムです。この運動はモーターによって生成され、軸に沿って動き（または力）を送ります。このように、リニアアクチュエータは円運動で動作する従来の電気モーターとは異なる動作をします。

リニアアクチュエータとは何かを理解することは、その多様な用途を理解する上で非常に重要です。リニアアクチュエータは、荷物を押す、引く、上げる、下げる、傾けるといった動作を生み出すのに大きく役立ちます。

リニアアクチュエータは、その多様な用途に応じて、いくつかの種類が存在します。ご想像のとおり、すべてのリニアアクチュエータが同じ目的を果たすわけではありません。リニアアクチュエータとは何か、そしてその機能をより深く理解するために、これらのデバイスの一般的な用途をいくつか見ていきましょう。

リニアアクチュエータは何に使用されますか?

すべてのタイプのリニアアクチュエータが同じというわけではありませんが、動力によって同様の直線運動を生成します。リニアアクチュエータは物体やアイテムを直線的に動かす一方で、その動作を高精度かつ高速に実行します。

リニアドライブシステムは、回転運動を直線運動に変換し、特定のタスクや生産全体において優れた効率性を実現します。ただし、リニアドライブシステム内のリニアアクチュエータの種類によって、ニーズに最も適したものが異なる場合があることに注意することが重要です。

最適な選択は、お客様の具体的なプロセスと移動させる材料によって異なります。お客様のアプリケーションに最適なアクチュエータを選択するには、リニアドライブシステムの要件を詳細に理解することが重要です。

高精度リニアアクチュエータの最も一般的な用途は、多軸直交座標ロボットシステムとの組み合わせです。また、機械の不可欠なコンポーネントとして使用されることも一般的です。

主なセクター：

電動リニアアクチュエータは、あらゆる業界で活用できます。小規模な作業でも、毎日大量の材料を移動させる作業でも、あらゆる業種に対応可能です。重要なのは、どのような作業内容であっても、最適なリニアアクチュエータが必ず見つかるということです。

したがって、以下のリストは決してすべてのセクターを網羅したものではなく、より一般的な例をいくつか挙げただけです。これらのセクターが、制御された正確な直線運動から恩恵を受ける理由は明らかです。

1. 産業オートメーション
2. 生産工程におけるサーボとピックアンドプレースシステム
3. 組み立て
4. 梱包とパレット化

 

実際、次のようなアプリケーションを考えてみましょう

1. レーザーまたはプラズマ切断機
2. 機械加工された部品の積み込みと積み下ろし
3. 生産ラインにおける加工センターへの供給
4. 工業用擬人化ロボットを外部軸に沿って動かし、動作範囲を拡大する

これらのアプリケーションはすべて、1つまたは複数のリニアアクチュエータを使用します。使用するリニアアクチュエータの種類は、精度、負荷容量、速度など、さまざまな要因によって異なります。一般的に、違いを生むのはモーショントランスミッションの種類です。

モーション伝達には主に 3 つのタイプがあります。ベルト / ラックとピニオン / ネジ.

適切なアクチュエータを選択するにはどうすればよいでしょうか？新しいアプリケーションに取り組む工業デザイナーは、どのような変数を考慮する必要がありますか？

直線運動ソリューションについて議論する際に重要なのは、問題を適切な視点から考察することです。具体的には、対象となるアプリケーションを念頭に置いて検討することが重要です。必要なリニアアクチュエータの種類を決定する際には、常にこの点が最優先事項となります。

高精度リニアアクチュエータを選定する際には、結果と性能に対する期待を明確に定義することが重要です。この詳細な分析は、お客様の要件にぴったり合った高精度リニアアクチュエータを選定するのに役立ちます。

これらの要素を徹底的に考慮することで、必要な高精度リニアアクチュエータのタイプだけでなく、アプリケーションで最適なパフォーマンスを保証する特定の仕様も特定できるようになります。

この慎重な選択プロセスにより、選択した高精度リニアアクチュエータが最高レベルの精度と信頼性でお客様独自のニーズを満たすことが保証されます。

そのため、まずは必要なダイナミクス、ストロークの長さ、そして精度について検討することが大切です。これらを詳しく見ていきましょう。

ハイダイナミクス

多くの工業デザイン分野において、デザイナーの要求にはスピードが伴うことが多く、サイクルタイムの短縮も含まれるのが一般的です。その好例が包装業界です。包装がより正確かつ迅速であればあるほど、パッケージがより早く出荷されるのです。

したがって、ソリューションを定義するときに、高度なダイナミクスが一般的な出発点となるのは驚くことではありません。

以下の点を考慮すると、高ダイナミクスに関してはベルト ドライブが理想的なソリューションとなることがよくあります。

1. 最大50m/s2の加速度と最大5m/sの速度を10～12mのストロークで実現します。
2. ベルト駆動軸を備えたXYZポータルは、非常に小さい荷重から約200kgまでの荷重を処理できます。
3. 潤滑の種類に応じて、これらのシステムは特に長いメンテナンス間隔を提供できるため、生産の継続性が確保されます。

10～12mを超えるストロークで高いダイナミクスが求められる場合があります。このような場合、ラック＆ピニオン駆動のアクチュエータは優れたソリューションとなる傾向があります。これらのリニアアクチュエータは、最大10m/s²の加速度と最大3.5m/sの速度を実現できるためです。しかも、ストロークは無限大になる可能性があります。

ラック＆ピニオンアクチュエータモデルは、車輪と車軸の概念を実装しています。具体的には、回転する車輪がケーブル、チェーン、またはベルトを動かし、直線運動を生み出します。

異なるタイプのアクチュエータを選択しても、同じ結果が保証されるわけではありません。例えば、スクリューシステムは間違いなくはるかに精度が高いですが、明らかに速度が遅すぎます。そのようなアクチュエータでは、長いストロークに対応できません。

スクリューアクチュエーターは非常に一般的なツールですが、スクリューを回転させて前進させます。ただし、シナリオによっては速度に制限があります。

ロングストローク

直交ロボットの典型的なXYZ構成におけるリニアアクチュエータで構築されたシステムは、ストロークが長い場合が多くあります。これは、ピックアンドプレースやフィーディング加工センターなどの用途でよく見られます。これらの長い生産ラインでは、ストロークが数十メートルに達することもあります。

さらに、多くの場合、これらの長いストローク（通常はY軸が関与）は、非常に重い負荷を扱うことを要求されます。場合によっては、負荷の重量が数百キロに達することもあります。さらに、これらの長いストロークでは、多数の垂直Z軸が独立して動作します。

このようなアプリケーションでは、Y軸にはラック＆ピニオン駆動のアクチュエータが最適です。これは、以下のような様々な要因によるものです。

1. ラック＆ピニオンシステムの剛性により、ストロークは無制限に延長できます。同時に、剛性、精度、効率性を維持しながら動作できます。
2. 駆動装置内部には、高周波焼入れ鋼製ラックを備えたアクチュエータが傾斜歯を備えており、これらの歯は循環式ボールベアリングレールまたはプリズマティックレールに沿って摺動します。
3. それぞれにモーターを備えた複数のキャリッジを設置するオプションにより、多数の独立した垂直 Z 軸が可能になります。

ベルトシステムは10～12mまでのストロークに最適です。しかし、ボールねじアクチュエータは（長いストロークの場合）臨界速度によって制限されます。

位置決めの再現性

一方、設計者が最大限の精度を求める場合もあります。例えば、マイクロコンポーネントの組み立てや特定の医療分野におけるアプリケーションなどがこれに該当します。このような場合、明確な選択肢は一つしかありません。それは、ボールねじ駆動の直動軸です。

この観点から、ネジ駆動式リニアアクチュエータは最高の性能を提供します。これは主に、±5μmという高い位置決め再現性を備えているためです。この性能は、ベルト駆動式アクチュエータやネジ駆動式アクチュエータでは到底達成できません。ベルト駆動式とネジ駆動式リニアアクチュエータはどちらも、最大±0.05mmの位置決め再現性を達成しています。